拱坝课设

《水工建筑物—拱坝》

课程设计

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目录

第一章基本资料 (1)

第二章坝型选择及设计 (2)

第三章坝体应力分析 (9)

第四章稳定分析 (14)

第五章坝顶细部构造 (17)

第六章总结 (23)

参考文献 (23)

第一章基本资料

一、地理资料

坝址地形图及河谷地质剖面图（另附图2张）。

二、设计标准

本水库总库容2.1千万方。灌溉2万亩，电站装机1万千瓦。工程等级、建筑物级别以及各项控制标准按有关规范自行确定。

三、坝址地形地质条件

（一）坝址区峡谷呈“V”型，两岸谷坡陡削，高程300米以下较为对称，坡

角40~50度。唯右岸自高程300米以上地形转缓变为25~30度。两岸附近山高

均超出400米高程以上．河谷底宽11米高程260米，左岸受冲沟切割后山脊较为单薄。

（二）河床和岸坡有大片基岩课露，距河床高47米范围内形成岩石陡壁。以上为第四纪残、坡积的砂壤覆盖层。厚度左岸2~5米，右岸3~5米，坝址区基岩一般风化不深，剧风化垂直深度，左岸为3~6米，右岸为4~8米，河床为0~3米，微风化或新鲜基岩距地表深度，在320米高程以下：两岸为10~20米，河床为4米左右。

坝址区岩性为坚硬致密的花岗岩，较为新鲜完整的物理力学指标甚高，抗压强度1500kg／cm2，岩石容重γ＝26KN／m3。滑动面上岩石之间的摩擦系数f＝0.65、粘着力c＝2kg／cm2。基岩弹性模量E f＝（1～4）×105kg／cm2。泊松比μ＝0.2，坝体混凝土基岩摩擦系数f＝0.65。

两岸基岩无成组有规律的节理裂隙存在，主要受F1、F3、F5断裂切割影响。

F1断裂切割右岸坝肩，其底板高程在314米，顶底岩层破碎。靠右岸在314米

高程以上坝肩稳定须予重视。F3、F5断裂在较接近拱坝坝后通过，在拱座推力作用下，将产生压缩变形因此在拱座推力作用范围内必须给予工程上的处理。

（三）岩层抗冲刷条件：泄洪建筑物下游高速水流沿程河床和岸坡，基岩基本裸露、岩性坚硬，抗冲刷力强，大部不须抗冲处理，但在靠近坝体部分的岸坡段对断裂破碎带等出露地带必须封闭固结，适当扩大表层固结灌浆。

（四）区域地震条件；本区地震基本裂度为六度。

四、特征水位

经水库规划计算结果、坝址上、下游特征水位如下：

P ＝0.2%校核洪水位319m ，相应尾水位270.5m 。

P ＝2%设计洪水位316.8m 。相应尾水位269m 。

正常高水位316m

死水位298m

淤砂高程283m 。

坝顶溢流堰堰顶高程310.2m

坝顶高程320m

五、荷载组合

荷载应按实际情况进行分析，决定计算内容、荷载组合根据实际情况分析选取二种控制性的组合进行设计计算。

有关荷载资料及设计系数如下，未经列出者由设计人自行拟定。

1．坝体自重，混凝土容重γ＝24KN ／m 3。

2．上游砂压力，泥砂干容重γg ＝14KN ／m 3，空隙率n ＝0.4， 淤砂内摩擦角ϕ＝16o 。

3．温度荷载：均匀温度变化t ；按经验公式估算

度）(39

.3471+=T t 4．混凝土线膨胀系数α＝1×10－5（1/℃）。

5．混凝土弹性模量 E h =1.85×105kg ／cm 2（C 10砼）。

六、坝顶布置要求

（一）坝顶交通要求，有公路通过桥面宽6米。

（二）坝顶泄洪要求，经水库调洪演算采用坝顶溢流挑流消能，设四孔每孔净宽九米的溢流段每孔设平板闸门一扇。

第二章 坝型选择及设计

一、坝型选择

根据课程设计要求及地形、地质情况结合分析，确定选用混凝土双曲拱坝。

二、设计标准

本水库总库容2.1千万方。灌溉2万亩，电站装机1万千瓦。根据SL252-2000

《水利水电工程等级划分及洪水标准》，该工程的工程等别为Ⅲ等，其工程规模为中型。相应的其永久性水工建筑物中主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。

本工程属于山区的混凝土拱坝，因此根据SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》确定其设计洪水标准为50年一遇，按500年一遇洪水校核。

三、坝基处理

（一）、坝基开挖

本设计中，最大坝高约为65m，属于中坝。坝基应尽量开挖至微风化或弱风化中、下部的岩体。考虑到弱风化埋深较深，如按上述要求不但增加了开挖工程量及回填混凝土的方量，而且还延长工期。实践证明，在拱坝建设过程中，弱风化的岩体在经过充分分析和评价后是可以被利用的。从坝址地质剖面图中可以看出，其建议开挖线为强风化的上限，并且可以采用固结灌浆的方法来提高基岩的强度与整体性，因此，部分弱风化层是可以被利用的。

综上所述，在坝址地质剖面图做参照建议开挖线往下1~4m，使开挖线光滑没有突变，并尽量的使左右对称以便后面拱圈的布置。其中左岸开挖约为3~8m、右岸开挖约为2~7m、河床部分开挖约为5m。开挖线如图2-1所示：在开挖线图上量出各高程的等高线与开挖后地面的交点到与原地面交点的距离，并在地形图上平移相应等高线，作为可利用基岩面的等高线。虽然由此得出的可利用基岩面等高线地形图并不准确，但是由于剖面设计资料不足，且是初步设计阶段，所以可以近似这么认为。按照上述，可以得到坝址处的可利用基岩面等高线地形图。

图2-1 坝基开挖线示意图

（二）固结灌浆

根据SL282—2003《混凝土拱坝设计规范》规定，固结灌浆孔的孔距、排距，应根据开挖以后的地质条件，并参照灌浆试验确定，确定为3m。固结灌浆孔的孔深，应根据坝高和开挖以后的地质条件确定，确定为6m。固结灌浆孔布置成梅花形，对于较大的断层和裂隙带应专门布孔、灌浆孔方向应根据主要裂隙产状，穿过较多的裂隙，结合施工条件确定。灌浆压力应根据工程和地质情况进行分析计算并结合工程类比拟定，必要时进行灌浆试验论证，而后在施工过程中调整确定。

（三）防渗帷幕

坝基和两岸的防渗帷幕宜采用水泥灌浆。帷幕线的位置（包括向两岸延伸的帷幕）应根据拱座和坝基应力情况，以及将来可能需要修补和补强的条件，布置在压应力区，且靠近上游面。本工程布置在据坝上游面3m处。灌浆深度为18m。

防渗帷幕轴线的方向，以及两岸帷幕伸入岸坡内的范围深度，应根据工程地质、水文地质、地形条件、拱座的稳定情况和防渗要求研究确定。两岸部位的帷幕与河床部位的帷幕应保持连续性。

河床及两岸帷幕灌浆，可分别在基础廊道和灌浆平掘内进行。

对于坝高100m以下可采用一排。帷幕孔直径30cm，孔距采用2m。钻孔方向铅直向下。帷幕灌浆应在坝体混凝土浇筑一定厚度作为盖重后施工。灌浆压力应通过试验确定，在帷幕孔顶段不宜小于1.5倍坝前静水头，在帷幕孔底段不宜小于2倍坝前静水头，均不得抬动岩体。

（四）坝基排水

正常情况下，防渗帷幕的下游应布置坝基排水，设1排排水孔。排水孔的孔距采用3m，孔径20cm。排水孔孔深应根据基础的工程地质、水文地质条件，结合帷幕和固结灌浆的深度研究确定。主排水孔孔深宜为帷幕深的0.4~0.6倍；坝高50m以上的坝基主排水孔，不应小于10m。所以排水孔孔深确定为10m。四、拱冠梁尺寸初步拟定

由图2-1可以看出，河床部位最深开挖到255m高程处，而坝顶高程为320m，因此最大坝高为H=65m，而由于要在坝底向上回填5m土，故坝高为60m。在可利用基岩面等高线地形图量出坝顶高程处河谷宽度（开挖后）约为L1=175m。